研究人员来自浦项科技大学(Postech)已经创造了一个微小的气体传感器,您可以放在玻璃或像贴纸上的手套上。通过全息图显示,传感器立即通知用户挥发性气体检测。

可穿戴技术可以有一天可以帮助防止燃气事故与工厂的有毒气体泄漏有关,锅炉的一氧化碳泄漏,或在人孔清洁期间窒息。

可穿戴气体传感器如何工作

300×300μm传感器由元表面和液晶(LC)电池构成,液晶(LC)电池对有毒气体敏感。当检测到气体时,电池的取向改变以形成定制的警告。

来自Postech气体传感器的警告和安全状态
一个全息图,指示安全的环境(左)和全息图,指示危险(右)。(图片信用:坏单身)

全息图是由元表面产生的,使得通过控制光折射率使可见物体消失。

电池中液晶的取向变化反转从右到左的进入光的圆形偏振。

然后,该圆偏振光与元尺度相互作用,该元表面旨在产生两个不同的全息图 - 每个光极化。

在“安全状态”中,LCS被配置为产生产生“安全”全息图的光的极化。暴露于有毒气体影响LCS以产生相反的圆极化的方式定向,产生“警报”全息​​图信号。

“我们获得了产生所需图像的相位分布,并相应地将纳米结构排列在元件上,”Postech研究人员Trevon Badloe表示。“然后,当用圆极化光照射元表面时,显示全息图像。”

Postech传感器和全息图显示屏嵌入安全眼镜中。
嵌入安全眼镜中的传感器和全息图显示屏。

Badloe和他的团队将Metasurface附加到一对安全眼镜的弯曲表面。

通过元曲面,通过控制透射光的偏振,气体传感器可以在几秒钟内浮动全息图像警报。Badloe说,可以使全息图出现在样品上方,或者在佩戴者决定将其放置之前。

“我们使用激光照明来生产全息图,但我们计划将设备与诸如OLED或MICROLED的小光源集成,以便将来创建完整的片上装置,”研究人员表示。

与其他传统的商用气体传感器不同,Postech装置不需要外部机械或电子设备的支持。

在测试中,研究人员使用异丙醇,一种导致胃痛,头痛和头晕的有毒物质,作为目标危险气体。根据团队的研究,传感器甚至检测到大约200ppm的微小气体。

通过一步纳米复合印刷方法快速制造柔性且可穿戴气体传感器。先前在硬基板上加工的元表面结构在一步中在弯曲或柔性基板上纳米。

下一步是什么?

接下来,研究人员将开发出高性能的环境传感器,在周围环境中显示出气体的类型和浓度水平,通过全息报警。工程师还在研究可以编码各种全息图像的光学设计技术。如果成功的话,研究可用于减少生化或天然气泄漏引起的事故。

根据Badloe和他的团队的传感器制造商,由Postech教授Junsuk Rho教授领导,希望将技术与在Apple,三星,谷歌和Facebook开发的玻璃型AR显示系统集成。

Badloe是Rho教授集团的成员,以及研究人员最近的纸张的共同作者科学推进说,谈到技术简介通过电子邮件了解如何设想全息图像的未来。Badloe代表他的团队沟通,并与Inki Kim博士的铅博士协调。

技术简介:“立即视觉全息报警”是什么样的?

Trevon Badloe.:视觉全息警报可以为安全和警告状态显示任何所选图像;这可能包括文本,图像或符号。将图像设计和编码到全息性元曲面中的方法是众所周知的,因此它们在制造过程之前选择。

Hostech的全息图传感器图包含Metasurface和LC用于气体检测
如该图所示,传感器由元表面和液晶(LC)单元组成。LC电池对有毒气体敏感,并且当它们与气体接触时细胞的取向变化。

技术简介:可以使用此传感器检测到哪种气体?

Trevon Badloe.:由于气体感测的功能仅依赖于液晶单元,因此对某些有毒气体的响应的选择性也可以相当容易地集成到装置中。我们测试并验证了感测氯仿,丙酮,甲苯,IPA,对二甲苯,甲醇和DMF时的响应时间。“安全”到“警报”信号的响应时间取决于气体的剂量和类型。

技术简介S.H您是否在Metasurface中设计了一个不同的全息图?

Trevon Badloe.:这个过程相当涉及,但很好地理解。

首先,我们需要数字地生成在所需位置产生所需干扰图案(即,我们要显示的图像)的相位映射。全息图的设计是在计算上进行的,称为计算机生成全息术(CGH)。在这里,我们使用“阶段”CGH。所需图像的相位图的生成相当简单,最常见的是,最常使用Gerchberg-Saxton算法。然后,使用设计用于表现出所需相位特性的纳米结构来物理地编码该相位图在质量面上。

技术简介:创建两个单独的全息图是一个具有挑战性的过程吗?

Trevon Badloe.:我们利用了我们可以诱导光的相等和相反的光(左和右圆偏振)的事实。然后,我们可以以允许我们使用其固有相位特性对纳米结构进行编码的方式组合两个不同的相位图,以及仅与纳米结构的旋转(称为传播和几何相位)相关的额外补偿)。

技术简介:你能把我带走这个传感器的一个例子吗?

Trevon Badloe.:使用柔性液晶电池和元刷可以让我们将气体传感视觉警报应用于任何表面,无论它是平滑和平坦的。作为一个例子,我们将Metasurface附在一对安全玻璃的弯曲表面上。它们也可以在某处附加,例如用户的手套,或者任何地方可以轻松地提供可视警报。

技术简介:你的研究是什么?

Trevon Badloe.:作为后续研究,我们将生产一种不仅提供安全和报警信号的设备,还可以提供有关存在的有毒气体水平的用户信息。例如,在危险水平之前了解有毒气体的存在可能是有用的。然后,可以进行正确的动作以阻止不需要的气体流动。

技术简介:对此技术及其可能性最令人兴奋的是什么?

Trevon Badloe.:这项技术证明了Metasurfaces在现实生活中可能具有的影响。随着Metasurfaces与液晶的简单集成,可以实现许多功能。全息视觉警报可以在各种领域证明在用户安全性需要瞬时警报的各种领域,例如在实验室甚至是用于快速检测生物隐形气体的人的环境中。

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